计算机组成原理(存储器)
十六位体系结构计算机组成原理
十六位体系结构计算机组成原理
十六位体系结构计算机组成原理是指计算机的硬件和软件组成原理，可以分为以下几个部分：
1.中央处理器(Central Processing Unit, CPU)：负责执行计算机指令和进行数据处理。
CPU包括指令寄存器、程序计数器、算术逻辑单元(ALU)和寄存器等。
2.存储器：存储器包括主存储器和辅助存储器。
主存储器用于存储正在运行的程序和数据，可分为RAM和ROM。
辅助存储器用于长期存储程序和数据，如硬盘、光盘等。
3.输入输出设备：用于与外部设备进行数据交互，如键盘、鼠标、打印机、显示器等。
4.总线(Bus)：计算机内各个部件之间传送数据和控制信息的通道。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线。
5.指令系统：计算机的指令系统决定了计算机的操作特性和功能。
按照十六位体系结构，指令由16位表示，可以包括逻辑运算、算术运算、存储和转移等操作。
6.中断系统：用于处理紧急情况和异步事件，如异常中断、硬件中断和软件中断等。
7.时钟系统：用于同步计算机内各个部件的工作节奏和时序，提供时钟脉冲。
8.控制单元(Control Unit)：负责控制计算机的操作，根据指令操作码的不同，控制单元产生特定的控制信号和时序信号，控制各个部件的工作。
9.运算器(アrithmetic and Logic Unit, ALU)：负责进行算术运算和逻辑运算，包括加法、减法、乘法、除法和与、或、非、异或等逻辑运算。
以上是十六位体系结构计算机组成原理的基本内容，具体实施中可能会有一些差异。
计算机组成原理存储器（1）（1）
计算机组成原理存储器（1）（1）1.存储器⼀、单选题（题数 54，共7 ）1在下述存储器中，允许随机访问的存储器是（）。
（1.2分）A、磁带 B 、磁盘 C 、磁⿎ D 、半导体存储器正确答案 D2若存储周期250ns，每次读出16位，则该存储器的数据传送率为（）。
（1.2分）A、4×10^6字节/秒B、4M字节/秒C、8×10^6字节/秒D、8M字节/秒正确答案 C3下列有关RAM和ROM得叙述中正确的是()。
IRAM是易失性存储器，ROM是⾮易失性存储器IIRAM和ROM都是采⽤随机存取⽅式进⾏信息访问IIIRAM和ROM都可⽤做CacheIVRAM和ROM都需要进⾏刷新（1.2分）A、仅I和IIB、仅I和IIIC、仅I，II，IIID、仅II，III，IV正确答案 A4静态RAM利⽤（）。
（1.2分）A、电容存储信息B、触发器存储信息C、门电路存储信息D、读电流存储信息正确答案 B5关于计算机中存储容量单位的叙述，其中错误的是（）。
（1.2分）A、最⼩的计量单位为位（bit），表⽰⼀位“0”或“1”B、最基本的计量单位是字节（Byte），⼀个字节等于8bC、⼀台计算机的编址单位、指令字长和数据字长都⼀样，且是字节的整数倍D、主存容量为1KB，其含义是主存中能存放1024个字节的⼆进制信息正确答案 C6若CPU的地址线为16根，则能够直接访问的存储区最⼤容量为（）。
（1.2分）A、1MB、640KC、64KD、384K正确答案 C7由2K×4的芯⽚组成容量为4KB的存储器需要()⽚这样的存储芯⽚。
（1.2分）A、2B、4C、8D、16正确答案 B8下⾯什么存储器是⽬前已被淘汰的存储器。
（1.2分）A、半导体存储器B、磁表⾯存储器C、磁芯存储器D、光盘存储器正确答案 C9下列⼏种存储器中，（）是易失性存储器。
（1.2分）A、cacheB、EPROMC、FlashMemoryD 、 C D-ROM正确答案 A10下⾯关于半导体存储器组织叙述中，错误的是什么。
计算机组成原理知识点总结
计算机组成原理知识点总结第一章一、数字计算机的五大部件（硬件）及各自主要功能（P6）计算机硬件组成：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备。
1、存储器（主存）主要功能：保存原始数据和解题步骤。
包括：内存储器（CPU 直接访问），外存储器。
2、运算器主要功能：进行算术、逻辑运算。
3、控制器主要功能：从内存中取出解题步骤（程序）分析，执行操作。
包括：计算程序和指令（指令由操作码和地址码组成）。
4、输入设备主要功能：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式。
5、输出设备主要功能：把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能接收和识别的信息形式。
注：1、冯诺依曼结构：存储程序并按地址顺序执行。
2、中央处理器（CPU）：运算器和处理器的结合。
3、指令流：取指周期中从内存读出的信息流，流向控制器。
数据流：在执行器周期中从内存读出的信息流，由内存流向运算器。
二、数字计算机的软件及各自主要功能（P11）1、系统软件：包括服务性程序、语言程序、操作程序、数据库管理系统。
2、应用程序：用户利用计算机来解决某些问题而设计。
三、计算机的性能指标。
1、吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量，用bps度量。
2、响应时间：表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量。
3、利用率：在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时间所在的比率，用百分比表示。
4、处理机字长：常称机器字长，指处理机运算中一次能够完成二进制运算的位数，如32位机、64位机。
5、总线宽度：一般指CPU从运算器与存储器之间进行互连的内部总线一次操作可传输的二进制位数。
6、存储器容量：存储器中所有存储单元（通常是字节）的总数目，通常用KB、MB、GB、TB来表示。
7、存储器带宽：单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，一般用B/s（字节/秒）表示。
8、主频/时钟周期：CPU的工作节拍受主时钟控制，按照规定在某个时间段做什么（从什么时候开始、多长时间完成），主时钟不断产生固定频率的时钟信号。
【计算机组成原理】存储系统
【计算机组成原理】存储系统存储器的层次和结构从不同⾓度对存储器进⾏分类：1.按在计算机中的作⽤（层次）分类 （1）主存储器。
简称主存，⼜称内存储器（内存），⽤来存放计算机运⾏期间所需的⼤量程序和数据，CPU 可以直接随机地对其进⾏访问，也可以和告诉缓冲存储器（Cache）及辅助存储器交换数据，其特点是容量较⼩、存取速度较快、单位价格较⾼。
（2）辅助存储器。
简称辅存，⼜称外存储器（外存），是主存储器的后援存储器，⽤来存放当前暂时不⽤的程序和数据，以及⼀些需要永久性保存的信息，它不能与CPU 直接交换信息。
其特点是容量极⼤、存取速度较慢、单位成本低。
（3）⾼速缓冲存储器。
简称 Cache，位于主存和 CPU 之间，⽤来存放正在执⾏的程序段和数据，以便 CPU 能⾼速地使⽤它们。
Cache 地存取速度可与 CPU 的速度匹配，但存储容量⼩、价格⾼。
⽬前的⾼档计算机通常将它们制作在 CPU 中。
2.按存储介质分类 按存储介质，存储器可分为磁表⾯存储器（磁盘、磁带）、磁芯存储器、半导体存储器（MOS型存储器、双极型存储器）和光存储器（光盘）。
3.按存取⽅式分类 （1）随机存储器（RAM）。
存储器的任何⼀个存储单元的内容都可以随机存取，⽽且存取时间与存储单元的物理位置⽆关。
其优点是读写⽅便、使⽤灵活，主要⽤作主存或⾼速缓冲存储器。
RAM ⼜分为静态 RAM （以触发器原理寄存信息，SRAM）和动态 RAM（以电容充电原理寄存信息，DRAM）。
（2）只读存储器（ROM）。
存储器的内容只能随机读出⽽不能写⼊。
信息⼀旦写⼊存储器就固定不变，即使断电，内容也不会丢失。
因此，通常⽤它存放固定不变的程序、常数和汉字字库，甚⾄⽤于操作系统的固化。
它与随机存储器可共同作为主存的⼀部分，统⼀构成主存的地址域。
由ROM 派⽣出的存储器也包含可反复重写的类型，ROM 与RAM 的存取⽅式均为随机存取。
⼴义上的只读存储器已可已可通过电擦除等⽅式进⾏写⼊，其“只读”的概念没有保留，但仍然保留了断电内容保留、随机读取特性，但其写⼊速度⽐读取速度慢得多。
计算机组成原理(考研期末)知识点总结
计算机组成原理（考研期末）知识点总结(一)存储系统1.存储器的基本概念●分类●作用（层次）：CACHE 主存辅存●存储介质：磁半导体光●存取方式●随机存取：RAM ROM●串行访问●顺序存取：磁带●直接存取：磁盘●信息可保存性－－易失性破坏性读出非●性能指标●存储容量字●单位成本每位成本●存储速度（数据传输率主存带宽）●层次化结构●Cache－主存层次：硬件实现，解决速度不匹配问题●主存－辅存层次：硬件+操作系统实现，解决容量问题，逐渐形成虚拟存储系统2.半导体存储器●存储器芯片的基本结构●译码驱动电路(译码器：扩充容量)●存储矩阵●读写电路●地址线，数据线，片选线，读写控制线●半导体存储器RAM（易失性存储器）●SRAM：触发器存储信息，速度快成本高集成度低，用于高速缓存●DRAM：电容存储信息，需要刷新，速度慢成本低，集成度高，用于主存SDRAM●DRAM的刷新：集中刷新，分散刷新，●异步刷新●不需要CPU控制●行为单位，仅需要行地址●存储器中所有芯片同时刷新●RAM的读写周期●ROM（非易失性存储器）●特点：结构简单，位密度比RAM高，非易失性，可靠性高●类型：MROM，PROM，EPPROM，FLASH MEMORY，SSD3.存储器与CPU的协同工作（提高存储系统的工作速度）●主存与CPU的连接●字扩展●位扩展●线选法●译码片选法●译码器的使用●分析地址空间●字位同时扩展●选择存储器芯片●与CPU进行连接●双口RAM和多模块存储器●多模块存储器●单体多字●多体并行●低位交叉编址●高位交叉编址●双端口RAM●高速缓冲存储器●CACHE局部性原理和性能分析●局部性原理●空间局部性●时间局部性●性能分析●命中率和失效率●CACHE----主存体系的平均访问时间●CACHE工作原理●地址映射方式●全相联●直接相联●组相联●替换算法●RAND随机●FIFO先入先出●LRU最近最少使用●LFU最不经常使用●写策略●命中●全写法●写回法●不命中●写分配法●非写分配法●虚拟存储器（主存和辅存共同构成）（增加存储系统的容量）●基本概念：虚地址（逻辑地址）映射到实地址（物理地址）●解决问题：进程并发问题和内存不够用问题●类型●页式●段式●段页式●虚实地址转换（提高速度）●快表TLB●慢表Page(二)指令系统1.指令格式●操作码和地址码组成一条指令●操作码●定长操作码和扩展操作码●操作码类型2.指令寻址方式●指令寻址（通过PC）●顺序寻址●跳跃寻址●数据寻址●隐含寻址●立即寻址：给寄存器赋初值●直接寻址●间接寻址：扩大寻址范围，便于编制程序●寄存器寻址：指令执行速度更快●寄存器间接寻址●偏移寻址（各寄存器内容+形式地址）：基址寻址，变址寻址（处理数组，编制循环程序），相对寻址●堆栈寻址3.CISC和RISC●CISC复杂指令系统计算机（用微程序控制器）●更多更复杂，一般为微程序控制，用于计算机系统●RISC精简指令系统计算机（用硬布线控制器）●指令数目少，字长固定，寻址方式少，寄存器数量多，一般为组合逻辑控制，用于手机(三)中央处理器1.CPU的功能和基本结构●CPU的功能：指令控制，操作控制，时间控制，数据加工，中断处理●运算器●功能：对数据进行加工●基本结构：●算术逻辑单元ALU●暂存寄存器●通用寄存器组●累加寄存器ACC●程序状态字寄存器PSW●移位器，计数器●控制器●功能：取指令，分析指令，执行指令●控制器的基本结构●程序计数器PC●指令寄存器IR●指令译码器，时序系统，微操作信号发生器●存储器地址寄存器MAR●存储器数据寄存器MDR●数据通路的基本结构●专用通路●内部总线2.指令执行过程●指令周期●构成：机器周期、CPU周期——CPU时钟周期、节拍●类型：取指周期，间址周期，执行周期，中短周期●标志触发器FE,IND,EX,INT：区别工作周期●数据流●取指周期：根据PC取出指令代码存放在IR●间址周期：根据IR中指令地址码取出操作数的有效地址●执行周期：根据指令字的操作码和操作数进行相应操作●中断周期：保存断点，送中断向量，处理中断请求●执行方案●单指令周期：串行，指令相同执行时间●多指令周期：串行，指令不同执行时间●流水线方案：隔一段时间启动一条指令，多条指令处于不同阶段，同事并行处理3.数据通路的功能和基本结构（连接路径）●CPU内部总线●单总线●多总线●专用数据通路：多路选择器和三态门●了解各阶段微操作序列和控制信号4.控制器的功能和工作原理●控制器的结构和功能●计算机硬件系统连接关系●控制器的功能：取指令，分析指令，执行指令●控制器的输入和输出●硬布线控制器●硬布线控制单元图：组合逻辑电路+触发器●设计步骤（了解）●分析每个阶段的微操作序列●选择CPU的控制方式●安排微操作序列●电路设计●微程序控制器●基本结构●微地址形成部件●微地址寄存器CMAR●控制存储器CM●微指令寄存器CMDR●微指令的格式●水平型：并行操作●字段直接编码方式●直接编码方式●字段间接编码方式●垂直型：类似机器指令●微指令的地址形成方式●下地址字段指出：断定方式●根据机器指令的操作码形成●基本概念●微命令和微操作●微指令和微周期●主存储器和控制存储器●程序和微程序●寄存器：MAR和CMAR，IR和CMDR●硬布线和微程序的比较（微操作控制信号的实现形式）5.指令流水线●指令流水线的概念●指令执行过程划分为不同阶段，占用不同的资源，就能使多条指令同时执行●表示方法●指令流程图：分析影响流水线的因素●时空图：分析性能●性能指标●吞吐率TP●加速比S●效率E●影响流水线的因素●结构相关（资源冲突）●数据相关（数据冲突）●控制相关（控制冲突）●流水线的分类●按使用级别：部件功能级，处理机级，处理机间●按完成功能：单功能，多功能●按连接方式：动态，静态●按有无反馈信号：线性，非线性●多发技术●超标量流水线技术●超流水线技术●超长指令字技术(四)总线1.总线概念和分类●定义：一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路●分类●按数据传输格式●串行，并行●按功能●片内总线●系统总线●数据总线，地址总线，控制总线●通信总线●按时序控制方式●同步，异步●总线结构●单总线结构——系统总线●双总线结构（通道）●主存总线●IO总线●三总线结构●主存总线●IO总线●DMA总线2.总线的性能指标●总线传输周期（总线周期）●总线带宽●总线宽度（位宽）●总线复用：一种信号线传输不同信息3.总线仲裁●集中仲裁方式●链式查询方式●计数器定时查询方式●独立请求方式●分布仲裁方式4.总线操作和定时●总线传输的四个阶段●申请分配阶段●传输请求●总线仲裁●寻址阶段●传输阶段●结束阶段●定时●同步定时方式（同步通信）●异步定时方式（异步通信）●不互锁●半互锁●全互锁●半同步通信●分离式通信5.总线标准(五)IO系统1.IO系统基本概念●演变过程●早期：分散连接，CUP与IO串行，程序查询方式●接口模块和DMA阶段：总线连接，cpu与io并行，中断方式及DMA方式●具有IO通信结构的阶段●具有IO处理机的阶段●IO系统的基本组成●IO软件——IO指令和通道指令●IO硬件——外设，设备控制器和接口，IO总线等●IO方式简介●程序查询方式：IO与CPU串行，CPU有“踏步等待”现象（由程序控制）●程序中断方式：IO准备数据时CPU继续工作，在指令执行结束时响应中断（由程序控制）●DMA方式：主存与IO交换信息时由DMA控制器控制，在存取周期结束时响应DMA请求（由硬件控制）●通道方式：通过IO指令启动通道，通道程序放在主存中（由硬件控制）2.外部设备●输入设备——键盘，鼠标●输出设备●显示器●分类●阴极射线管（CRT）●液晶（LCD）●发光二极管（LED）●参数●屏幕大小，分辨率，灰度级，刷新频率●显示存储器（VRAM）●容量=分辨率*灰度级位数●带宽=容量*帧频●打印机●外存储器●磁盘存储器●组成●存储区域：磁头，柱面，扇区●硬盘存储器：磁盘驱动器，磁盘控制器，盘片●工作过程：寻址，读盘，写盘对应的控制字，串行读写●性能指标●容量●记录密度●平均存取时间●数据传输率●磁盘阵列RAID——利用磁盘廉价的特点提高存储性能，可靠性和安全性●光盘存储器●固态硬盘SSD——采用FLASH Memory记录数据3.IO接口●主要功能●设备选址功能：地址译码和设备选择●传送命令●传送数据：实现数据缓冲和格式转换●反应IO设备的工作状态●基本结构●设备选择电路，命令寄存器和命令译码器，数据缓冲寄存器DBR，设备状态标记，控制逻辑电路●内部接口和外部接口●编址●统一编址——与存储器共用地址，用访存命令访问IO设备●独立编址：单独使用一套地址，有专门的IO指令●分类●数据传送方式：并行接口，串行接口●主机访问IO设备的控制方式●程序查询接口●中断接口●DMA接口●功能选择的灵活性●可编程接口●不可编程接口4.IO方式●程序查询方式：CPU与IO串行工作，鼠标，键盘●程序中断方式●中断系统●中断的基本概念●工作流程●中断请求●分类●中断请求标记触发器INTR●中断响应●中断响应的条件●中断判优●软件：查询程序●硬件：排队器●优先级的设置●中断处理●中断隐指令●关中断●保存断点PC●引出中断服务程序●中断服务程序●单重中断与多重中断●中断服务程序的具体步骤●中断屏蔽技术●屏蔽字●程序执行轨迹●程序中断方式●工作流程●CPU占用情况●中断响应（隐指令）●中断服务程序●DMA方式●DMA控制器●组成●主存地址计数器：存放要交换数据的主存地址●传送长度计数器：记录传送数据的长度●数据缓冲寄存器：暂存每次传送的数据●DMA请求触发器：设备准备好数据后将其置位●控制/状态逻辑：由控制和时序电路及状态标志组成●中断机构：数据传送完毕后触发中断机构，提出中断请求●主要功能●传送前：接受外设的DMA请求，向CPU发出总线请求，接管总线控制权●传送时：管理总线，控制数据传送，确定主存单元地址及长度，能自动修改对应参数●传送后: 向CPU报告DMA操作的结束●传送过程●预处理：CPU完成寄存器初值设置等准备工作●数据传送：CPU继续执行主程序，DMA控制器完成数据传送●后处理：CPU执行中断服务程序做DMA结束处理。
计算机组成原理中的存储器与寄存器
计算机组成原理中的存储器与寄存器计算机组成原理是计算机科学和工程领域中的基础课程，它涉及到计算机的各个组成部分以及它们之间的工作原理。
存储器和寄存器是计算机重要的组成部分，它们在数据存储和数据传输方面起到了至关重要的作用。
本文将深入探讨计算机组成原理中的存储器与寄存器。
一、存储器存储器是计算机用于存储和访问数据的物理组件。
它由一组存储单元组成，每个存储单元可以存储一个固定大小的数据。
存储器根据其访问方式可以分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
1. 随机存储器（RAM）随机存储器是计算机中最常用的存储器类型之一。
它具有随机访问的能力，即可以直接访问任何存储单元。
RAM是易失性存储器，当计算机断电时，其中的数据将会丢失。
它主要用于存储临时数据和程序指令。
2. 只读存储器（ROM）只读存储器是一种不可更改的存储器，其中的数据在计算机断电时依然保持不变。
ROM常用于存储计算机的固件和启动程序等无需修改的数据。
与RAM不同，ROM无法直接修改其中的数据，因此被称为只读存储器。
二、寄存器寄存器是计算机中最快速的存储器，它被用于执行计算和数据传输等临时性操作。
寄存器具有很高的读取和写入速度，但其容量较小。
计算机中的寄存器包括通用寄存器、特殊寄存器和程序计数器等。
1. 通用寄存器通用寄存器是一类用于存储操作数和计算结果的寄存器。
它们具有固定的位数，通常为32位或64位。
通用寄存器可以存储整数、浮点数和指针等不同类型的数据。
在计算机执行程序时，通用寄存器被广泛用于数据的传递和临时存储。
2. 特殊寄存器特殊寄存器包括程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）和状态寄存器等。
程序计数器用于存储下一条要执行的指令地址，指令寄存器用于存储当前正在执行的指令，而状态寄存器用于存储计算机的运行状态信息，如标志位等。
三、存储器与寄存器的作用和区别存储器和寄存器在计算机中起着不同的作用。
1. 存储器的作用存储器主要用于存储程序和数据，可以实现数据的长期保存。
计算机原理存储器
计算机原理存储器
计算机原理中，存储器是指计算机用来存储数据和程序的部件。
存储器一般分为内存和外存两种类型。
内存是计算机中用于存储当前运行程序和数据的存储器。
它分为主存和辅存两部分。
主存是计算机中最主要的存储器，由半导体存储芯片构成，通常包括随机访问存储器（RAM）和只
读存储器（ROM）。
RAM具有读写功能，用于临时存储运行
程序和数据，数据可以快速读取和写入。
而ROM是只读存储器，其中的数据是固化的，无法进行修改。
主存的容量通常较小，但速度快。
外存主要是指硬盘、光盘等可以作为辅助存储器使用的设备。
相比主存，外存容量大，但速度较慢。
外存被用于长期存储程序和数据，能够持久保存。
计算机在运行过程中，通常需要将外存中的数据加载到主存中进行操作。
存储器在计算机中起到了至关重要的作用，它直接影响到计算机的性能和数据的处理速度。
不同类型的存储器在容量、速度和价格等方面有所差异，计算机系统需要根据不同的需求来选择合适的存储器组合。
计算机组成原理存储器实验报告
计算机组成原理存储器实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过实际操作，了解存储器的组成和工作原理，掌握存储器的读写操作。
二、实验原理存储器是计算机中的重要组成部分，用于存储程序和数据。
存储器按照存储介质的不同可以分为内存和外存，按照存储方式的不同可以分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等。
本次实验使用的是随机存储器，随机存储器是一种易失性存储器，数据在断电后会丢失。
随机存储器按照存储单元的位数可以分为8位、16位、32位等，按照存储单元的数量可以分为256×8、512×16、1024×32等。
存储器的读写操作是通过地址总线、数据总线和控制总线来完成的。
地址总线用于传输存储单元的地址，数据总线用于传输数据，控制总线用于传输控制信号。
三、实验器材1. 存储器芯片：AT24C022. 单片机：STC89C523. 电源、示波器、万用表等四、实验步骤1. 连接电路将AT24C02存储器芯片和STC89C52单片机按照电路图连接好，接上电源。
2. 编写程序编写程序，实现对AT24C02存储器的读写操作。
程序中需要设置存储器的地址和数据，以及读写操作的控制信号。
3. 烧录程序将编写好的程序烧录到STC89C52单片机中。
4. 运行程序运行程序，观察存储器的读写操作是否正确。
五、实验结果经过实验，我们成功地实现了对AT24C02存储器的读写操作。
在程序中设置了存储器的地址和数据，通过控制信号实现了读写操作。
在读操作中，我们可以看到存储器中的数据被正确地读出；在写操作中，我们可以看到存储器中的数据被正确地写入。
六、实验总结通过本次实验，我们深入了解了存储器的组成和工作原理，掌握了存储器的读写操作。
同时，我们也学会了如何使用单片机来控制存储器的读写操作。
这对于我们深入学习计算机组成原理和嵌入式系统开发都具有重要的意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
存储器分类
相联存储器：是一种特殊存储器，是基 于数据内容进行访问的存储设备。
写入数据时CAM能自动选择一个未用空单 元进行存储。 读取数据时CAM用所给数据同时对所有存 储单元中的数据进行比较标记符合条件的数 据。 比较是同时进行的，所以读取速度比基于地 址进行读写的速度快。
存储体
单元地址
00…00 00…01
. . . . . . . .
存储元 存储单元
存储体Βιβλιοθήκη 存储容量XX…XX
地址线：决定了存储器的存储容量 数据线：一次访问存储器所得到数据位数
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
23
地址译码电路
1、译码器（decoder）：
兼有RAM和 ROM的特点,可代替软盘和硬盘。
擦写次数可达10万次以上。读取时间小于 10ns。 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU
存储器性能指标
存取时间TA（Memory Access Time）：是存 储器收到读或写的地址到从存储器读出（写入） 信息所需的时间 存取周期TM（Memory Circle Time）：指连续 启动二次独立的存储器操作（例连续2次读） 所需间隔的最小时间.一般TM> TA
5. 掌握Ｃache和虚拟存储器的工作原理
重点：半导体存储器，存储系统的层次结构、各类存储器的特点、主 存储器的组织方法（与CPU的连接方法），cache，虚拟存储器 难点：主存储器的组织方法，Ｃache、虚拟存储器的工作原理
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
存储器分类
按存储机制分类
半导体存储器 静态存储器：利用双稳态触发器存储信 息 动态存储器：依靠电容存储电荷存储信 息 磁表面存储器：利用磁层上不同方向的磁化 区域表示信息，容量大，非破坏性读出，长 期保存信息，速度慢。 光盘存储器 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 利用光斑的有无表示信息
College of Computer Science, SWPU
存储系统层次结构
速度快 主要存放CPU当前使用的程序和数据。 容量有限 辅助存储器（外存） 速度较慢 存放大量的后备程序和数据。 容量大 高速缓冲存储器Cache 存放CPU在当前一小段时间 速度很快 内多次使用的程序和数据。 容量小 主存储器（内存）
存储器分类
按存取方式分类
随机存取存储器 随机存取：可按地址访问存储器中的任 一单元，访问时间与地址单元无关 SRAM: RAM: 可读可写 DRAM: MROM： 用户不能编程
PROM： 用户可一次编程 ROM: 只读不写
计算机组成原理
EPROM： 用户可多次编程
EEPROM： 用户可多次编程
College of Computer Science, SWPU
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
主存储器的组成
存储体
读 写 电 路 数据 寄存 器 MDR 数据总线
驱动电路
时序控制电路
地址译码器
地址寄存器 MAR
地址总线
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
半导体存储器结构
存储系统层次结构
三级存储体系
存储系统：容量大、速度快、成本低 对某类 存储 器而 言 ， 这些要求往往是相互矛 盾的，如容量大，速度 不能很快；速度快 ，成 本不可能低；因此 ，在 一个存储系统常采用几 种不同的存储器 ，构成 多级存储体系，满足系 统的要求。
计算机组成原理
CPU
Cache 主存 外存
速度指标
计算机组成原理
存储器分类
直接存取存储器（DM） 访问时读/写部件先直接指向一个小区域， 再在该区域内顺序查找。访问时间与数据 位置有关 定位（寻道）操作 三步操作 等待（旋转）操作 读/写操作 速度指标
计算机组成原理
平均定位（平均寻道）时间 平均等待（平均旋转）时间 数据传输率 （位/秒）
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
存储系统层次结构
物理存储器和虚拟存储器
主存-外存层次：增大容量 CPU 主存 外存：为虚拟存储器提 供条件 虚拟存储器：将主存空间与部分外存空间组 成逻辑地址空间 用户使用逻辑地址空间编程，操作系统进行 有关程序调度、存储空间分配、地址转换等 工作
片选和读写控制逻辑
片选端CS*或CE* • 有效时，可以对该芯片进行读写操作 输出OE* • 控制读操作。有效时，芯片内数据输出 • 该控制端对应系统的读控制线 写WE* • 控制写操作。有效时，数据进入芯片中 • 该控制端对应系统的写控制线
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
存储器性能指标
存取宽度（W）:也称存取总线宽度,一次 访问可存取的数据位数或字节数. 存储器带宽:也叫数据传输率,每秒从存储 器读取信息量,常用字节/秒表示。
带宽BM:指每秒访问二进制位的数目。 BM=W/ TM 若TM=500ns,W=16位, BM=16/0.5=32Mbps则 要提高BM:使TM 使W 增加存储体
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
主存储器分类
静态 RAM （ SRAM ） 半 导 体 存 储 器 随机读写 存储器 RAM 动态 RAM （ DRAM ） 掩膜 ROM 可编程 只读 存储器 ROM 可擦除 ROM （ PROM ） ROM （ EPPROM ）
地 地 读 址 址 写 存储体 ①寄存储体 译 电 存 码 路 • 存储器芯片的主要部分，用来存储信息 器 数 据 寄 存
AB
DB
② 地址译码电路
• 根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定的 控制电路 存储单元
③ 片选和读写控制逻辑 OE WE CS
• 选中存储芯片，控制读写操作
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
有两种稳定状态； 在外部信号的激励下，两种稳定状态能进行无限次相互转换； 在外部信号激励下，能读出两种稳定状态； 可靠地存储。
半导体RAM元件可以分为两大类：
SRAM：是利用开关特性进行记忆，只要电源有电，它总能保持 两个稳定状态中的一个状态。 DRAM：除要电源有电外，还必须动态地每隔一定的时间间隔对 它进行一次刷新，否则信息就会丢失。
地址译码结构
0 0
存储单元
A5 A4 A3 A2 A1 A0
1 A2 A1 A0 行 译 码 7 64个单元
1
译 码 器
64个单元 0 63 1 列译码 7
计算机组成原理
单译码结构 双译码结构 双译码 单译码 • 双译码可简化芯片设计 • 主要采用的译码结构
A3A4A5
College of Computer Science, SWPU
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
只读存储器
掩模型只读存储器MROM 可编程只读存储器PROM
可重编程只读存储器EPROM
电擦除可编程只读存储器EEPROM 闪速存储器flash
1.掩模型只读存储器MROM
以有无元器件表示0和1，MROM芯片出厂时， 已经写入信息，不能改写
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
只读存储器
4.电可擦除只读存储器EEPROM（electronically EPROM)
可在联机情况下，通过专用写入器加高压擦除
可多次，支持数据块擦除
5. 闪速存储器(Flash E2PROM)又称快擦存储器
是在EEPROM基础上发展起来的新型电可擦可编程的非 易失性存储器 特点：高密度/非易失性/读/在线改写;
存储器分类
速度指标： 存取周期或读/写周期 （ns） 作主存、高速缓存。 时钟周期的若干倍 顺序存取存储器（SAM） 访问时按读/写部件顺序查找目标地址， 访问时间与数据位置有关 两步操作
等待操作
读/写操作 平均等待时间 （ms） 数据传输率 （字节/秒）
College of Computer Science, SWPU
存储体
每个存储单元具有一个唯一的地址，可存储1位（位片结 构）或多位（字片结构）二进制数据
芯片存储容量与地址、数据线个数有关： 芯片的存储容量＝2M×N ＝存储单元数×存储单元的位数
M：芯片的地址线根数 N：芯片的数据线根数
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
•随机存取存储器RAM：可读可写、断电丢失
计算机组成原理
电擦除
ROM （ E PROM ）
2
•只读存储器ROM：正常情况下只读、断电不丢失
College of Computer Science, SWPU
随机存取存储器
RAM（radom access memry，随机存取存储器）要求元 件有如下记忆特性：
熔丝型PROM
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
只读存储器
3. EPROM：可擦除可编程ROM
UVEPROM （ultraviolet erasable programmable ROM） 紫外线擦除（有一石英窗口，改写时要将其置于一定波 长的紫外线灯下，照射一定时间全部擦除，时间长大约 10~25分钟） EPROM存在两个问题: A. 用紫外线灯的擦除时间长. B. 只能整片擦除,不能改写个别单元或个别位